EP4204159A1 - Schwingungsmessanordnung - Google Patents

Schwingungsmessanordnung

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Publication number
EP4204159A1
EP4204159A1 EP21769688.9A EP21769688A EP4204159A1 EP 4204159 A1 EP4204159 A1 EP 4204159A1 EP 21769688 A EP21769688 A EP 21769688A EP 4204159 A1 EP4204159 A1 EP 4204159A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
treatment
sensor
housing
vibrations
time intervals
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21769688.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Heim
Adrian HONIG
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Voith Patent GmbH
Original Assignee
Voith Patent GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Voith Patent GmbH filed Critical Voith Patent GmbH
Publication of EP4204159A1 publication Critical patent/EP4204159A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C7/00—Crushing or disintegrating by disc mills
    • B02C7/11—Details
    • B02C7/14—Adjusting, applying pressure to, or controlling distance between, discs
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21D—TREATMENT OF THE MATERIALS BEFORE PASSING TO THE PAPER-MAKING MACHINE
    • D21D1/00—Methods of beating or refining; Beaters of the Hollander type
    • D21D1/20—Methods of refining
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21D—TREATMENT OF THE MATERIALS BEFORE PASSING TO THE PAPER-MAKING MACHINE
    • D21D1/00—Methods of beating or refining; Beaters of the Hollander type
    • D21D1/20—Methods of refining
    • D21D1/30—Disc mills
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21B—FIBROUS RAW MATERIALS OR THEIR MECHANICAL TREATMENT
    • D21B1/00—Fibrous raw materials or their mechanical treatment
    • D21B1/04—Fibrous raw materials or their mechanical treatment by dividing raw materials into small particles, e.g. fibres
    • D21B1/12—Fibrous raw materials or their mechanical treatment by dividing raw materials into small particles, e.g. fibres by wet methods, by the use of steam
    • D21B1/14—Disintegrating in mills
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M1/00—Testing static or dynamic balance of machines or structures
    • G01M1/14—Determining imbalance
    • G01M1/16—Determining imbalance by oscillating or rotating the body to be tested
    • G01M1/22—Determining imbalance by oscillating or rotating the body to be tested and converting vibrations due to imbalance into electric variables

Definitions

  • the invention relates to a device for treating fibrous material with a sensor for detecting vibrations.
  • the device has a multi-part housing.
  • the housing includes a lid.
  • the device also has fiber treatment tools, wherein the fiber treatment tools are arranged at a distance from one another to form at least one treatment gap with treatment profiles pointing towards one another and are mounted such that they can rotate relative to one another.
  • At least one treatment tool is mounted so that it can be displaced axially in order to set a width of the at least one treatment gap between the treatment profiles that face one another.
  • At least one of the treatment tools is carried by a housing part.
  • the treatment tools have a rotationally symmetrical shape and are arranged coaxially with one another.
  • Two treatment tools delimit a treatment gap through which the fibrous material flows radially and the treatment tools each have a treatment profile pointing towards the treatment gap. If several treatment gaps are provided, provision can be made for at least one treatment tool to be axially floating.
  • the invention also relates to a method for minimizing wear in a device for treating fibrous material, the device having a multi-part housing in which at least a first treatment tool and a second treatment tool are arranged, the treatment tools have a rotationally symmetrical shape and are arranged coaxially to one another , rotate relative to one another about a common axis, two treatment tools in each case delimit a treatment gap through which the fibrous material flows radially and the treatment tools each have a treatment profile pointing towards the treatment gap, with at least one treatment tool being mounted in an axially floating manner, two housing parts each carrying at least one treatment tool via a a joint rotatable about a joint axis are coupled to each other and the device is equipped with at least one sensor.
  • a refiner for treating a fiber suspension used for papermaking is known from US 2007/0125891 A1.
  • a vibration sensor is provided in this refiner, which detects when the treatment tools are touched.
  • the sensor is arranged inside the refiner on a carrier of a stationary treatment tool.
  • the sensor detects axial vibration movements. Due to the axial vibration movements, it can be concluded that the treatment tools are touching.
  • Two vibration sensors can also be provided, each of which is provided on a stationarily arranged carrier of a treatment tool.
  • a refiner and a method for attaching or detaching refiner discs are known from EP 792 689 B1.
  • the refiner has a grinding chamber.
  • the reduction chamber includes a main portion.
  • the main section is closed by a lid.
  • the lid is hinged to the main portion and can be opened, and in the open position the lid is supported by the hinge.
  • the treatment gap which is enlarged as a result, leads to a reduction in the no-load or pump output. With the overall performance remaining the same, this leads at the same time to an increase in the specific performance of the device, which is relevant for the desired treatment intensity, and thus to excessive treatment, in particular grinding of the fibers. If the gap is too small, there is a risk of excessive electrical current consumption and contact between the treatment tools.
  • the grinding surfaces are formed by replaceable grinding sets screwed to the corresponding base plate.
  • the refining clothing In order to achieve the desired fiber properties, in particular the SR value (Schopper-Riegler value), the refining clothing must be optimally adapted to the fibrous material to be treated, also to prevent excessive wear of the clothing in addition to ideal fiber treatment.
  • Refiners can be designed as disc refiners or cone refiners.
  • Double-slit arrangements are increasingly being used to increase throughput. Due to the axially floating rotor, no reliable statements can be made about the gap width and the state of wear. In theory, the same gap widths should result in hydraulic equilibrium, but practice has shown that gap widths of different widths can occur during operation.
  • the invention is based on the object of providing a device and a method by means of which a high level of wear on grinding sets caused by contact with the treatment profiles during operation can be reduced.
  • the object of the invention is therefore to minimize the wear on the treatment tools in these devices using the simplest possible means. Furthermore, it is the object of the invention to provide a method with which the wear of the treatment tools can be minimized.
  • the object was achieved according to the invention in that the sensor for detecting vibrations of the device is arranged on the housing of the device.
  • the sensor is preferably arranged on the outside of the housing. The sensor is easily accessible due to the arrangement on the housing. This arrangement of the sensor allows for easy maintenance and replacement, as well as easy retrofitting.
  • the senor To detect vibrations that indicate contact between the treatment tools, it has proven to be advantageous to arrange the sensor on a housing part that carries a treatment tool.
  • a housing part is stationary and at least the sensor is accommodated on or in the housing part, referred to as the cover, which can be pivoted away from this via the joint.
  • the sensor should detect the vibration acceleration and/or vibrations in the range between 4 and 12 kHz.
  • Sensors in the form of uniaxial acceleration pickups which are preferably aligned parallel to the axis of the device, are particularly suitable for this purpose.
  • This axis is also parallel to the width of the treatment gap in the case of planar treatment profiles. If conical treatment profiles are intended, it has proven to be advantageous for the axis of the uniaxial accelerometer to be aligned parallel to the width of the treatment gap.
  • the width of the treatment gap is formed perpendicularly to the treatment surfaces.
  • Uniaxial accelerometers are mass-produced at low cost.
  • the invention is preferably used in devices in which there are two treatment gaps in the housing and the two middle treatment tools are attached to a common, rotating base plate which is mounted in an axially floating manner.
  • this is also possible during deflaking or dispersing. If a wear-critical condition (contact of the treatment tools or insufficient fibrous material suspension cushion of a treatment gap) is detected, this condition can be easily eliminated if the axial position of at least one treatment tool of a housing part can be adjusted. In this way, the increased wear can be counteracted simply by widening the treatment gap.
  • the cover of the housing is rotatably mounted about a hinge axis.
  • at least two hinges are provided. It has proven to be advantageous to arrange the sensor in an area between the hinges on the housing, preferably on the cover. The area between the hinges is delimited by planes running perpendicular to the axis of the joint. If the joint axis runs vertically, the sensor is arranged in a horizontal area between the hinges.
  • a position between the hinges that runs parallel to the treatment gap has proven to be particularly suitable, with the sensor axis being aligned in the direction of the gap width. In this way, in particular, vibrations can be detected which are due to the treatment profiles of the treatment tools touching.
  • the vibration intensity in particular the vibration acceleration or the standard deviation of the vibration acceleration
  • the determined oscillation signals are filtered using a high-pass filter, in particular with a high-pass filter of at least 4000 Hz, preferably at least 5000 Hz.
  • the vibration threshold value also referred to as the vibration peak
  • the vibrations in particular the Vibration acceleration over a predetermined number of time intervals. If the oscillation threshold value is exceeded in at least half of the time intervals, malfunction is signaled.
  • a preferred embodiment provides that a measurement lasts at least 2 seconds over a time interval. In one embodiment it is provided that the time intervals are of identical length.
  • contact between two treatment tools should only be inferred if there is at least one vibration peak in at least two predetermined time periods, preferably in at least three of at least five consecutive predetermined time intervals.
  • the reliability can be improved in that fundamental vibrations in the area surrounding the device are taken into account.
  • a basic value of operational vibrations is learned each time the device is started up. As a result, fundamental vibrations caused by an environment can be eliminated.
  • the standard deviation can have lower values compared to a determined vibration acceleration if the machine is operated quietly and under high load.
  • FIG. 1 a double disc refiner in the open state
  • FIG. 2 a side view of the closed refiner
  • FIG. 4 a schematic cross section through the refiner.
  • Fig. 5 Representation of the sensor data and the time interval method
  • the annular treatment profile 10 of these treatment tools 1, 2, 3, 4, each pointing towards the treatment gap 11, 12, is formed by grinding sets which have a large number of essentially radially running grinding bars on the profile side, so that this profile is formed by these grinding bars and the ones in between grooves is formed.
  • the fiber suspension to be ground arrives here via an inlet through the center of the device into one of the two treatment gaps 11, 12 between the grinding sets.
  • the fiber suspension then passes through the interacting treatment tools 1, 2, 3, 4 radially outwards and collects in the adjoining annular space.
  • the cross-section of the grinding bars also called knives, is generally rectangular, but other shapes also exist.
  • the upper side of these grinding bars that is to say the surfaces bearing the grinding edges, which close off the respective grinding set in the direction of the counter-set, lie in the radial plane.
  • the grooves running between the milling bars also have a rectangular cross-section and serve as flow channels for the fiber suspension.
  • the groove depth is usually between 2 and 20 mm.
  • the treatment tool 2, 3 adjacent to the other treatment gap 11, 12 of both treatment gaps 11, 12 rotates with an axis 5 passing through the center of the treatment profile 10.
  • These rotating treatment tools 2, 3 are on a common, axially the rotating axis 5 displaceable and co-rotating base plate 14 releasably attached.
  • This axis 5 is driven, as can be seen in Figure 2, by a drive 16 coupled via a gear 15.
  • the housing of the device is formed, in particular according to FIGS. 1 and 3, by a large fixed housing part 7 mounted on a machine foundation 17 and a smaller housing part 8 in the form of a cover which can be pivoted away from this.
  • These two housing parts 7, 8, each carrying a non-rotating treatment tool 1, 4, are coupled to one another via a joint 9, which can be rotated about a joint axis 13 and is designed in two parts, for example.
  • the other non-rotating treatment tool 1 can be displaced axially along the axis of rotation 5 via an adjustment device 18 to adjust the overall width of both treatment gaps 11, 12.
  • This sensor 6 is designed as a uniaxial acceleration sensor using the piezoelectric measuring principle and is aligned parallel to the axis 5 .
  • the sensor 6 detects vibrations in the range between 5 and 12 kHz and, in the process, measures the vibration acceleration.
  • At least one sensor 6 is arranged in the housing in the vicinity of the joint 9 in order to reliably measure vibrations in order to minimize wear in such devices for treating pulp. Due to the higher stress, this area also has a higher rigidity.
  • this sensor 6 is located in housing part 8 that can be pivoted away via joint 9 and there approximately between the two door hinges of joint 9 , the straight line between sensor 6 and shaft 5 running approximately perpendicular to joint axis 13 .
  • Oscillation signals are plotted in FIG.
  • the device controller In order to rule out false signals, especially if the treatment tools 1, 2, 3, 4 come into contact for only a very short time, the device controller only concludes that there is contact between two treatment tools 1, 2, 3, 4 if at least three out of five in succession Lying, predetermined time intervals 25, the predetermined vibration threshold is exceeded at least once. Vibrating time intervals 28 and normal time intervals are shown. Measurement windows are shown, each with 5 time intervals, with incorrect operation with signaling only occurring in the middle measurement window, since a minimum number of time intervals subject to oscillations is only detected in this measurement window.
  • FIG. 6 shows a graph in which the vibration acceleration and, in comparison thereto, the standard deviation of the vibration acceleration are plotted over time.
  • the axial position of the non-rotating treatment tool 1 carried by the pivotable housing part 8 is adjusted by the adjustment device 18 to widen the treatment gap 11, 12 adjusted accordingly.
  • the invention can also be used with conical grinding surfaces, the cone axis coinciding with the axis of rotation 5 and with devices with only one treatment gap.
  • the invention relates to an apparatus and a method for fiber treatment.
  • the device has a multi-part housing in which at least a first treatment tool (1, 3) and a second treatment tool (2, 4) are arranged.
  • the treatment tools (1, 2, 3, 4) have a rotationally symmetrical shape and are arranged coaxially to one another and can be rotated relative to one another about a common axis (5).
  • Two treatment tools (1, 2, 3, 4) in each case delimit a treatment gap (11, 12) through which the fibrous material flows radially.
  • Two housing parts (7, 8), each carrying at least one treatment tool (1, 2, 3, 4), are connected via a joint that can rotate about a joint axis (13). (9) coupled together.
  • Contact between two treatment tools (1, 2, 3, 4) is reliably detected by at least one sensor (6) arranged on the housing, preferably a sensor (6) arranged on the outside, for detecting vibrations.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren für eine Faserbehandlung. Die Vorrichtung besitzt ein mehrteiliges Gehäuse, in welchem zumindest ein erstes Behandlungswerkzeug (1, 3) und ein zweites Behandlungswerkzeug (2, 4) angeordnet sind. Die Behandlungswerkzeuge (1, 2, 3, 4) haben eine rotationssymmetrische Form und sind koaxial zueinander angeordnet und lassen sich relativ zueinander um eine gemeinsame Achse (5) drehen. Jeweils zwei Behandlungswerkzeuge (1, 2, 3, 4) begrenzen einen vom Faserstoff radial durchströmten Behandlungsspalt (11,12). Zwei, jeweils wenigstens ein Behandlungswerkzeug (1, 2, 3, 4) tragende Gehäuseteile (7, 8) sind über ein um eine Gelenkachse (13) drehbares Gelenk (9) miteinander gekoppelt. Dabei wird ein Kontakt zwischen zwei Behandlungswerkzeugen (1, 2, 3, 4) zuverlässig über zumindest einen am Gehäuse angeordneten Sensor (6), vorzugsweise außen angeordneten Sensor (6), zur Erfassung von Schwingungen der Vorrichtung erkannt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Faserstoffbehandlung mit einem Sensor zur Erfassung von Schwingungen. Die Vorrichtung weist ein mehrteiliges Gehäuse auf. Das Gehäuse umfasst einem Deckel. Die Vorrichtung weist weiterhin Faserbehandlungswerkzeuge auf, wobei die Faserbehandlungswerkzeuge zur Bildung mindestens eines Behandlungsspaltes mit zueinander weisenden Behandlungsprofilen voneinander beabstandet angeordnet und relativ zueinander rotierbar gelagert sind. Mindestens ein Behandlungswerkzeug ist axial verschiebbar zur Einstellung einer Breite des mindestens einen Behandlungsspaltes zwischen den zueinander weisenden Behandlungsprofilen gelagert. Mindestens eines der der Behandlungswerkzeuge wird von einem Gehäuseteile getragen.
In der Regel haben die Behandlungswerkzeuge eine rotationssymmetrische Form und sind koaxial zueinander angeordnet. Zwei Behandlungswerkzeuge begrenzen einen vom Faserstoff radial durchströmten Behandlungsspalt und die Behandlungswerkzeuge besitzen jeweils ein zum Behandlungsspalt weisendes Behandlungsprofil .Sind mehrere Behandlungsspalte vorgesehen, kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Behandlungswerkzeug axial schwimmend gelagert ist.
Die Erfindung betrifft ebenso ein Verfahren zur Minimierung des Verschleißes bei einer Vorrichtung zur Behandlung von Faserstoff, wobei die Vorrichtung ein mehrteiliges Gehäuse besitzt, in welchem zumindest ein erstes Behandlungswerkzeug und ein zweites Behandlungswerkzeug angeordnet ist, die Behandlungswerkzeuge eine rotationssymmetrische Form haben, koaxial zueinander angeordnet sind, sich relativ zueinander um eine gemeinsame Achse drehen, jeweils zwei Behandlungswerkzeuge einen vom Faserstoff radial durchströmten Behandlungsspalt begrenzen und die Behandlungswerkzeuge jeweils ein zum Behandlungsspalt weisendes Behandlungsprofil besitzen, wobei zumindest ein Behandlungswerkzeug axial schwimmend gelagert ist, zwei, jeweils wenigstens ein Behandlungswerkzeug tragende Gehäuseteile über ein um eine Gelenkachse drehbares Gelenk miteinander gekoppelt sind und die Vorrichtung zumindest mit einem Sensor ausgestattet ist. Aus der US 2007/0125891 A1 ist ein Refiner für die Behandlung einer für die Papierherstellung verwendeten Fasersuspension bekannt. Bei diesem Refiner ist ein Vibrationssensor vorgesehen, durch den eine Berührung der Behandlungswerkzeuge erkannt wird. Der Sensor ist innerhalb des Refiners an einem Träger eines stationären Behandlungswerkzeugs angeordnet. Durch den Sensor werden axiale Vibrationsbewegungen erkannt. Aufgrund der axialen Vibrationsbewegungen kann auf eine Berührung der Behandlungswerkzeuge geschlossen werden. Es können auch zwei Vibrationssensoren vorgesehen sein, die jeweils auf einem stationär angeordneten Träger eines Behandlungswerkzeuges vorgesehen sind.
Aus der EP 792 689 B1 ist ein Refiner und ein Verfahren zum Befestigen oder Lösen von Refinerscheiben bekannt. Der Refiner weist eine Zerkleinerungskammer auf. Die Verkleinerungskammer umfasst einen Hauptabschnitt. Der Hauptabschnitt ist durch einen Deckel verschlossen. Der Deckel ist mit dem Hauptabschnitt über ein Scharnier verbunden und kann geöffnet werden, wobei in der geöffneten Position der Deckel über das Scharnier gelagert ist.
Bei derartigen Vorrichtungen wie Refiner, Disperger, Entstipper ist es möglich, obwohl sich die relativ zueinander bewegbaren Behandlungswerkzeuge nicht berühren, eine mechanische Bearbeitung des Faserstoffes zu erreichen, wobei sich die Behandlungswerkzeuge in einem geringen Abstand aneinander vorbeibewegen. Die Intensität der Behandlung hängt dabei zum einen von der Spaltbreite zwischen den Oberflächen der Behandlungswerkzeuge und zum anderen von der Konsistenz des Faserstoffes ab. Mit steigender Intensität der Behandlung geht auch ein Verschleiß der Behandlungswerkzeuge einher. Vorrichtungen der o. g. Art werden z. B. zur Qualitätsverbesserung von Zellstoff, TMP oder Faserstoff eingesetzt, der aus Altpapier gewonnen wurde.
Kommt es infolge Verschleiß zu einer Verminderung der Höhe des Behandlungsprofils der Behandlungswerkzeuge, so führt der hierdurch vergrößerte Behandlungsspalt zu einer Verminderung der Leerlauf- bzw. Pumpleistung. Bei gleichbleibender Gesamtleistung führt dies gleichzeitig zu einer Erhöhung der für die angestrebte Behandlungsintensität relevanten spezifischen Leistung der Vorrichtung und damit zu einer zu starken Behandlung, insbesondere Mahlung der Fasern. Bei einem zu kleinen Spalt wiederum besteht die Gefahr einer zu hohen, elektrischen Stromaufnahme und des Kontakts der Behandlungswerkzeuge.
Es ist seit langem bekannt, Zellstofffasern, d.h. Primär- und Sekundarfaserstoff zu mahlen, um bei der daraus hergestellten Faserstoffbahn die gewünschten Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich Festigkeit, Porosität, Formation und Oberfläche erreichen zu können.
Bei den dabei zum Einsatz kommenden Refinern werden die Mahlflächen wegen des relativ schnellen Verschleißes von auswechselbaren, mit der entsprechenden Grundplatte verschraubten Mahlgarnituren gebildet. Für das Erreichen der gewünschten Fasereigenschaften, insbesondere den SR-Wert (Schopper-Riegler Wert), müssen die Mahlgarnituren dem zu behandelnden Faserstoff bestmöglich angepasst werden, auch um neben einer idealen Faserbehanldung auch einen übermäßigen Verschleiß der Garnituren zu verhindern.
Refiner können als Scheibenrefiner oder Kegelrefiner ausgebildet sein.
Zur Erhöhung des Durchsatzes kommen zunehmend Doppelspaltanordnungen zum Einsatz. Wegen des dabei axial schwimmend gelagerten Rotors können keine verlässlichen Aussagen zur Spaltbreite und zum Verschleißzustand gemacht werden. Rein theoretisch müsste sich bei einem hydraulischen Gleichgewicht gleiche Spaltbreiten einstellen, jedoch hat sich in der Praxis gezeigt, dass unterschiedlich breite Spaltbreiten im Betrieb auftreten können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, mittels denen ein hoher Verschleiß von Mahlgarnituren durch Berührungen der Behandlungsprofile im Betrieb vermindert werden kann.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher bei diesen Vorrichtungen mit möglichst einfachen Mitteln den Verschleiß der Behandlungswerkzeuge zu minimieren. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung ein Verfahren bereitzustellen, mit dem der Verschleiß der Behandlungswerkzeuge minimiert werden kann. Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Sensor zur Erfassung von Schwingungen der Vorrichtung am Gehäuse der Vorrichtung angeordnet ist. Vorzugsweise ist der Sensor außen am Gehäuse angeordnet. Durch Anordnung am Gehäuse ist der Sensor gut zugänglich. Durch diese Anordnung des Sensors sind eine einfache Wartung und ein einfacher Austausch sowie eine einfache Nachrüstung möglich.
Für die Erfassung von auf einen Kontakt der Behandlungswerkzeuge hinweisenden Schwingungen hat es sich als vorteilhaft herausgestellt den Sensor auf einem ein Behandlungswerkzeug tragenden Gehäuseteil anzuordnen.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn ein Gehäuseteil feststeht und zumindest der Sensor auf oder im, von diesem über das Gelenk wegschwenkbaren als Deckel bezeichneten Gehäuseteil untergebracht ist.
Zur Erfassung von verschleißerhöhenden Zuständen sollte der Sensor die Schwingbeschleunigung und/oder Schwingungen im Bereich zwischen 4 und 12 kHz erfassen.
Besonders geeignet sind hierfür Sensoren in Form einachsiger Beschleunigungsaufnehmer, welche bevorzug parallel zur Achse der Vorrichtung ausgerichtet sind. Diese Achse ist auch parallel zu der Breite der Behandlungsspalte sofern es sich um ebene Behandlungsprofile handelt. Sind konische Behandlungsprofile vorgesehen, so hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, dass die Achse des einachsigen Beschleunigungsaufnehmers parallel zur Breite des Behandlungsspaltes ausgerichtet ist. Dabei bildet sich die Breite des Behandlungsspaltes senkrecht zu den Behandlungsoberflächen aus. Einachsige Beschleunigungsaufnehmer sind als Massenprodukt kostengünstig erhältlich.
Anwendung findet die Erfindung bevorzugt bei Vorrichtungen, bei denen im Gehäuse zwei Behandlungsspalte vorhanden sind und die beiden mittleren Behandlungswerkzeuge auf einer gemeinsamen, rotierenden Grundplatte befestigt sind, welche axial schwimmend gelagert ist. Dies ist prinzipiell neben der bevorzugten Mahlung auch bei der Entstippung oder Dispergierung möglich. Wird dabei ein verschleißkritischer Zustand (Kontakt der Behandlungswerkzeuge oder zu geringes Faserstoffsspensionspolster eines Behandlungsspaltes) erkannt, so kann dieser Zustand leicht aufgehoben werden, wenn die axiale Lage wenigstens eines Behandlungswerkzeuges eines Gehäuseteiles einstellbar ist. So kann dem erhöhten Verschleiß einfach durch eine Verbreiterung des Behandlungsspaltes entgegengewirkt werden.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Deckel des Gehäuses um eine Gelenkachse drehbar gelagert ist. Insbesondere sind mindestens zwei Scharniere vorgesehen. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt den Sensor in einem Bereich zwischen den Scharnieren am Gehäuse, vorzugsweise am Deckel anzuordnen. Dabei ist der Bereich zwischen den Scharnieren durch senkrecht zur Gelenkachse verlaufende Ebenen begrenzt ist. Verläuft die Gelenkachse vertikal, so ist der Sensor in einem horizontalen Bereich zwischen den Scharnieren angeordnet.
Bei einer Ausführungsform ist vorgesehen, den Sensor auf der scharnierseitigen Deckelhälfte vorzusehen.
Als besonders geeignet hat sich eine Position zwischen den Scharnieren herausgestellt, die parallel zu dem Behandlungsspalt verläuft, wobei die Sensorachse in Richtung Spaltbreite ausgerichtet ist. Dadurch können insbesondere Schwingungen erfasst werden, die auf eine Berührung der Behandlungsprofile der Behandlungswerkzeuge zurückgehen.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt eine Position für den Sensor zu wählen, der eine Steifigkeit aufweist, so dass hochfrequente Störschwingungen minimiert sind.
Hinsichtlich des Verfahrens ist es wesentlich, dass zur Minimierung des Verschleißes bei einer Vorrichtung zur Behandlung von Faserstoff über einen Sensor die Schwingungsintensität, insbesondere der Schwingungbeschleunigung oder der Standartabweichung der Schwingungsbeschleunigug ermittelt wird. Die ermittelten Schwingungssignale werden mittels eines Hochpassfilters, insbesondere mit einem Hochpassfilter von mindestens 4000 HZ, vorzugsweise mindestens 5000 HZ, gefiltert. Bei erkanntem überschrittenem Schwingungsschwellwert, auch als Schwingungspeak bezeichnet, ist eine Ermittlung der Schwingungen, insbesondere der Schwingungsbeschleunigung über eine vorbestimmte Anzahl an Zeitintervallen. Wird bei mindestens der Hälfte der Zeitintervalle der Schwingungsschwellwert überschritten, so wird ein Fehlbetrieb signalisiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Messung über einen Zeitintervall mindestens 2 Sekunden andauert. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Zeitintervalle von identischer Länge sind.
Um betriebsbedingte, kurzzeitige Kontakte zwischen den Behandlungswerkzeugen auszublenden, sollte nur bei mindestens je einem Schwingungspeaks in wenigstens zwei vorgegebenen Zeitabschnitten, vorzugsweise in wenigstens drei von zumindest fünf nacheinander liegenden, vorgegebenen Zeitintervallen auf einen Kontakt von zwei Behandlungswerkzeugen geschlossen werden.
Es hat sich insbesondere als vorteilhaft herausgestellt mindestens fünf aufeinanderfolgende Zeitintervalle heranzuziehen. Wird innerhalb von 3 Zeitintervallen ein Schwingungspeak erkannt, so wird ein Fehlbetrieb signalisiert.
Bei der Auswertung der Schwingung kann die Zuverlässigkeit verbessert werden, indem Grundschwingungen der Umgebung der Vorrichtung berücksichtigt werden Dafür ist vorgesehen, dass bei jedem Anfahren der Vorrichtung ein Grundwert von betriebsbedingten Schwingungen eingelernt wird. Dadurch können durch eine Umgebung bedingten Grundschwingungen eliminiert werden.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt für eine Bestimmung der Schwingungsintensität fortlaufend eine Bestimmung einer Standartabweichung von den aufgezeichneten Schwingungsbeschleunigungssignalen durchzuführen. Die Standartabweichung kann gegenüber einer ermittelten Schwingungsbeschleunigung geringere Werte aufweisen, wenn die Maschine ruhig und hoch belastet betrieben wird.
Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
In der beigefügten Zeichnung zeigt:
Figur 1 : einen Doppelscheiben-Refiner in geöffnetem Zustand;
Figur 2: eine Seitenansicht des geschlossenen Refiners;
Figur 3: eine andere Seitenansicht des geschlossenen Refiners und Figur 4: einen schematischen Querschnitt durch den Refiner.
Fig. 5: Darstellung der Sensordaten und der Zeitintervallmethode
Fig. 6: Aufzeichnung von Beschleunigungsdaten im Vergleich zu der Standartabwechung
Im Gehäuse der Anordnung zur Mahlung von Faserstoff befinden sich gemäß Figur 4 zwei parallele, senkrecht zur Rotations-Achse 5 verlaufende Behandlungsspalte 11 ,12, die jeweils von einem nicht-rotierenden 1 ,4 und einem um die Achse 5 rotierenden, ebenen Behandlungswerkzeug 2,3 gebildet werden.
Das jeweils zum Behandlungsspalt 11 ,12 weisende, kreisringförmige Behandlungsprofil 10 dieser Behandlungswerkzeuge 1 ,2, 3, 4 wird von Mahlgarnituren gebildet, die auf der Profilseite eine Vielzahl von im Wesentlichen radial verlaufenden Mahlleisten besitzen, so dass dieses Profil von diesen Mahlleisten und den dazwischenliegenden Nuten gebildet wird.
Die zu mahlende Fasersuspension gelangt hier über einen Zulauf durch das Zentrum der Vorrichtung in einen der beiden Behandlungsspalte 11 ,12 zwischen den Mahlgarnituren. Die Fasersuspension passiert dann die zusammenwirkenden Behandlungswerkzeuge 1 ,2, 3, 4 radial nach außen und sammelt sich in dem sich anschließenden Ringraum.
Während zumindest ein Teil der so behandelten Fasersuspension diesen Ringraum durch einen Ablauf verlässt, kann unter Umständen der andere Teil der Fasersuspension durch die Nuten der nicht-rotierenden Behandlungswerkzeuge 1 ,4 durch einen Abschnitt ihrer Länge wieder zurückfließen.
Der Querschnitt der Mahlleisten, auch Messer genannt, ist im Allgemeinen rechteckig, wobei es aber auch andere Formen gibt. Die Oberseite dieser Mahlleisten, also die die Mahlkanten tragenden Flächen, die die jeweilige Mahlgarnitur in Richtung Gegengarnitur abschließen, liegen in der Radialebene.
Die zwischen den Mahlleisten verlaufenden Nuten haben ebenfalls einen rechteckigen Querschnitt und dienen als Strömungskanäle für die Fasersuspension. Die Nuttiefe beträgt meist zwischen 2 und 20 mm. Bei der hier gezeigten Mahlanordnung rotiert das zum jeweils anderen Behandlungsspalt 11 , 12 benachbarte Behandlungswerkzeug 2,3 beider Behandlungsspalte 11 ,12 mit einer, durch die Mitte des Behandlungsprofils 10 gehenden Achse 5. Diese rotierenden Behandlungswerkzeuge 2,3 sind an einer gemeinsamen, axial auf der rotierenden Achse 5 verschiebbaren und mitrotierenden Grundplatte 14 lösbar befestigt.
Angetrieben wird diese Achse 5, wie in Figur 2 zu erkennen, von einem über ein Getriebe 15 gekoppelten Antrieb 16.
Das Gehäuse der Vorrichtung wird insbesondere gemäß den Figuren 1 und 3 von einem großen, auf einem Maschinenfundament 17 gelagerten, feststehendem Gehäuseteil 7 und einem kleineren, von diesem wegschwenkbaren Gehäuseteil 8 in Form eines Deckels gebildet.
Diese beiden jeweils ein nicht-rotierendes Behandlungswerkzeug 1 ,4 tragenden Gehäuseteile 7,8 sind über ein, um eine Gelenkachse 13 drehbares, hier beispielhaft zweiteilig ausgeführtes Gelenk 9 miteinander gekoppelt.
Während das nicht-rotierende Behandlungswerkzeug 4 fest mit dem feststehenden Gehäuseteil 7 verbunden ist, kann das andere nicht-rotierende Behandlungswerkzeug 1 über eine Verstelleinrichtung 18 zur Einstellung der Gesamtbreite beider Behandlungsspalte 11 ,12 axial entlang der Rotations-Achse 5 verschoben werden.
Da die Grundplatte 14 schwimmend auf der Achse 5 gelagert ist, stellt sich ihre axiale Position im Zusammenspiel der in den beiden Behandlungsspalten 11 , 12 wirkenden, hydraulischen Kräfte ein.
In Abhängigkeit vom Durchfluss sowie des Verschleißes beider Behandlungsspalte 11 ,12 kann es so vorkommen, dass die Breite der Behandlungsspalte 11 ,12 unterschiedlich ist, was sich entsprechend negativ auf die Qualität der Faserbehandlung und den Verschleiß auswirken kann.
Des Weiteren kann ein erhöhter Reibwert bei der axial schwimmenden Lagerung der rotierenden Grundplatte 14 (mit ihren Behandlungswerkzeugen 2,3) auf der Achse 5 dazu führen, dass sich der Rotor nicht zentriert. Im Ergebnis kann es zu einem nicht ausreichend großen Faserstoffsuspensionspolster in einem Behandlungsspalt 11 ,12 oder gar zum Kontakt der Behandlungswerkzeuge 1 ,2, 3, 4 kommen.
Bei einem Kontakt der Behandlungswerkzeuge 1 ,2, 3, 4 eines Behandlungsspaltes 11 ,12 kommt es über die Kontaktzeit zu einem exponentiellen Verschleiß des Behandlungsprofils 10 dieser Behandlungswerkzeuge 1 ,2, 3, 4.
Um diesen erhöhten Verschleiß zu verhindern, werden die Schwingungen der Vorrichtung über wenigstens einen Sensor 6 überwacht. Dieser Sensor 6 ist als einachsiger Beschleunigungsaufnehmer mit piezoelektrischem Messprinzip ausgebildet und parallel zur Achse 5 ausgerichtet.
Hierbei hat es sich für eine zuverlässige Erkennung eines kritischen Betriebszustandes als vorteilhaft erwiesen, dass der Sensor 6 Schwingungen im Bereich zwischen 5 und 12 kHz erfasst und dabei die Schwingbeschleunigung misst.
Damit bei der Auswertung der Signale des Sensors 6 niederfrequente Grundschwingungen der Umgebung berücksichtigt werden können, erfasst wenigstens ein weiterer Sensor Schwingungen im Bereich des Getriebes 15.
Zur zuverlässigen Messung von Schwingungen zwecks Minimierung des Verschleißes bei derartigen Vorrichtungen zur Behandlung von Faserstoff ist zumindest ein Sensor 6 im Gehäuse in der Nähe des Gelenks 9 angeordnet. Dieser Bereich hat wegen der höheren Beanspruchung auch eine höhere Steifigkeit.
Wie in Figur 3 gezeigt, befindet sich dieser Sensor 6 im, über das Gelenk 9 wegschwenkbaren Gehäuseteil 8 und dort etwa zwischen beiden Türscharnieren des Gelenks 9, wobei die Gerade zwischen Sensor 6 und Welle 5 etwa senkrecht zur Gelenkachse 13 verläuft.
Dabei kann auf einen hinsichtlich Verschleiß kritischen Betriebszustand der Vorrichtung, insbesondere einen Kontakt der Behandlungswerkzeuge 1 ,2, 3, 4 eines Behandlungsspaltes 11 ,12 dann geschlossen werden, wenn über den Sensor 6 des verschwenkbaren Gehäuseteils 8 die Schwingungsintensität einen vorher bestimmten Schwingungsschwellwert überschreitet. In Figur 5 sind Schwingungssignale aufgetragen. Um Fehlsignale insbesondere bei einem nur sehr kurzzeitigen Kontakt der Behandlungswerkzeuge 1 ,2,3,4 auszuschließen, wird von der Steuerung der Vorrichtung nur dann auf einen Kontakt von zwei Behandlungswerkzeugen 1 ,2, 3, 4 geschlossen, wenn in wenigstens drei von fünf nacheinander liegenden, vorgegebenen Zeitintervallen 25 zumindest je einmal der vorgegebene Schwingungsschwellwert überschritten wird. Es sind schwingungsbehaftetes Zeitintervalle 28 und unauffälliges Zeitintervall gezeigt. Es sind Messfenster mit jeweils 5 Zeitintervallen gezeigt, wobei nur bei dem mittleren Messfenster ein Fehlbetreib mit Signalgebung erfolgt, da nur bei diesem Messfenster eine Mindestanzahl an schwingungsbehafteten Zeitintervallen detektiert ist.
In Figur 6 ist eine Grafik gezeigt, in der die Schwingungsbeschleunigung und dazu im Vergleich die Standartabweichung der Schwingungsbeschleunigung über die Zeit aufgetragen ist.
Wird von der Steuerung der Vorrichtung über diese Schwingungsmessung ein kritischer Betriebszustand für die Behandlungswerkzeuge 1 ,2,3,4 erkannt, so wird die axiale Lage des vom verschwenkbaren Gehäuseteil 8 getragenen nicht-rotierenden Behandlungswerkzeuges 1 von der Verstelleinrichtung 18 zur Verbreiterung der Behandlungsspaltes 11 ,12 entsprechend verstellt.
Anwendbar ist die Erfindung auch bei konischen Mahlflächen, wobei die Konusachse mit der Rotations-Achse 5 übereinstimmt sowie bei Vorrichtungen mit nur einem Behandlungsspalt.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren für eine Faserbehandlung. Die Vorrichtung besitzt ein mehrteiliges Gehäuse, in welchem zumindest ein erstes Behandlungswerkzeug (1 ,3) und ein zweites Behandlungswerkzeug (2,4) angeordnet sind. Die Behandlungswerkzeuge (1 ,2, 3, 4) haben eine rotationssymmetrische Form und sind koaxial zueinander angeordnet und lassen sich relativ zueinander um eine gemeinsame Achse (5) drehen. Jeweils zwei Behandlungswerkzeuge (1 ,2, 3, 4) begrenzen einen vom Faserstoff radial durchströmten Behandlungsspalt (11 ,12). Zwei, jeweils wenigstens ein Behandlungswerkzeug (1 ,2, 3, 4) tragende Gehäuseteile (7,8) sind über ein um eine Gelenkachse (13) drehbares Gelenk (9) miteinander gekoppelt. Dabei wird ein Kontakt zwischen zwei Behandlungswerkzeugen (1 ,2, 3, 4) zuverlässig über zumindest einen am Gehäuse angeordneten Sensor (6), vorzugsweise außen angeordneten Sensor (6), zur Erfassung von Schwingungen erkannt.
Bezugszeichenliste:

Claims

Vorrichtung zur Faserstoffbehandlung (20) mit einem Sensor (6) für eine Erfassung von Schwingungen und mit einem mehrteiligen Gehäuse (7,8) mit einem Deckel (8) und mit innerhalb des Gehäuses angeordneten Faserbehandlungswerkzeugen (1 ,2,3,4,), wobei die Faserbehandlungswerkzeuge (1 ,
2,
3,
4) zur Bildung eines Behandlungsspaltes ((11 ,12) mit zueinander weisenden Behandlungsprofilen (10) voneinander beabstandet angeordnet sind und relativ zueinander rotierbar gelagert sind und mindestens ein Behandlungswerkzeug (1 ) axial verschiebbar in dem Gehäuse (7,8) zur Einstellung einer Breite des mindestens einen Behandlungsspaltes (11 ,12) zwischen den zueinander weisenden Behandlungsprofilen (10) gelagert ist, wobei mindestens ein Gehäuseteil ein Faserbehandlungswerkzeug trägt, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (6) am Gehäuse, vorzugsweise außen am Gehäuse, angeordnet ist. Vorrichtung (20) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Sensor (6) ein einachsiger Beschleunigungsaufnehmer zur Detektion von Schwingungen vorgesehen ist. Vorrichtung (20) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (6) in Form des einachsige Beschleunigungsaufnehmers zur Detektion in Richtung der Spaltbreite des Behandlungsspaltes (11 ,12) ausgerichtet angeordnet ist. Vorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Deckel (8) durch mindestens zwei Scharniere (9) drehbar um eine Gelenkachse (13) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (6) in einem Bereich zwischen den Scharnieren (9) am Gehäuse, vorzugsweise am Deckel (8), angeordnet ist, wobei dieser Bereich zwischen den Scharnieren (9) durch senkrecht zur Gelenkachse(13) verlaufende Ebenen begrenzt ist.
5. Vorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel um eine vertikal verlaufende Gelenkachse (13) drehbar gelagert ist.
6. Vorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (6) auf der scharnierseitigen Deckelhälfte des Deckels (8) angeordnet ist.
7. Vorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Signalverarbeitung der Signale des Sensors (6) ein Hochpassfilter von mindestens 4000 HZ vorgesehen ist.
8. Vorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (20) eine Steuereinrichtung mit einem Speicher für eine Speicherung von Standartabweichungen (22) umfasst und wobei eine Auswerteeinrichtung vorgesehen ist und durch die Auswerteeinrichtung ein Fehlbetrieb (25) bei Überschreiten einer vorbestimmten Anzahl schwingungsbelasteter Zeitintervalle (26) vorbestimmter Länge erkannt wird, wobei mindestens die Hälfte der Zeitintervalle (28) schwingungsbehaftet sind, vorzugsweise mindestens 3 von 5 Zeitintervallen (28) schwingungsbehaftet sind.
9. Vorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Läge eines vorbestimmten Zeitintervalles (26) mindestens 2 see beträgt.
10. Vorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der jeweils betrachteten Zeitintervalle (26) gleich lang ist.
11 . Verfahren zur Erkennung eines Fehlbetriebes mit den Verfahrensschritten 15
-Detektion der Schwingungbeschleunigung durch einen mindestens einachsigen Schwingungssensor,
-Filterung der Schwingungssignale mittels eines Hochpassfilters
- bei erkannter Überschreitung eines vorbestimmten Schwingungsschwellwertes erfolgt eine Ermittlung der Schwingungsbeschleunigung über eine vorbestimmte Anzahl an vorbestimmten Zeitintervallen
-Signalisieren eines Fehlbetriebes, wenn in mindestens der Hälfte von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen der Schwingungsschwellwert überschritten wird, vorzugsweise wenn in mindestens 3 von 5 Zeitintervallen der Schwingungsschwellwert überschritten wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Messung über einen Zeitintervall mindestens 2 see. andauert.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Bestimmung der Schwingungsintensität fortlaufend eine Bestimmung einer Standartabweichung von den aufgezeichneten Schwingungsbeschleunigungssignalen durchgeführt wird und die Standartabweichung für eine Erkennung eines Fehlbetriebes herangezogen wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass nach jedem Anfahren ein Grundwert von betriebsbedingten Schwingungen eingelernt wird, um durch eine Umgebung bedingten Grundschwingungen zu eliminieren.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die bei erkanntem Fehlbetrieb die axiale Lage wenigstens eines Behandlungswerkzeuges (1 ,2, 3, 4) eines Gehäuseteiles (7,8) zur Verbreiterung zumindest eines Behandlungsspaltes (11 ,12) verstellt wird.
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